ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА СИЛУ ВЫСАДКИ ПРУТКОВЫХ ЗАГОТОВОК В УСЛОВИЯХ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ШТАМПОВКИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.983; 539.374

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА СИЛУ ВЫСАДКИ ПРУТКОВЫХ ЗАГОТОВОК В УСЛОВИЯХ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ШТАМПОВКИ

О.Ю. Гурова, Л.Е. Гололобова

Исследован процесс высадки прутковых заготовок. Предполагается, что процесс проходит в изотермических условиях, что связано с использованием трудноде-формируемого сплава в качестве материала заготовки. Выполнено моделирование данного процесса для различных соотношений размеров и технологических параметров. Установлены закономерности влияния их изменения на силу высадки. Исследование выполнялось на базе метода конечных элементов.

Ключевые слова: высадка прутка, изотермическое деформирование, сила, обработка давлением, алюминиевый сплав.

Огромное число изделий машиностроения представляет собой цилиндрический стержень с утолщением (фланцем) на торцовой части. Процесс штамповки данных изделий не вызывает сложностей. Однако, когда речь идет о труднодеформируемых сплавах, встает вопрос грамотного подбора технологии и условий деформирования [1 - 4]. В связи с этим выполним теоретический анализ данного процесса в целях определения влияния режимов технологии на давление процесса [5 - 7]. Предполагалось, что деформирование осуществляется на гидравлическом прессе с малыми скоростями. В качестве материала заготовки использовались сплавы АМг4 и ВТ6. Их диаграмма пластичности представлена на рис. 1 [2, 3]. Условием окончания расчета является достижение необходимых габаритов изделий и полуфабрикатов.

На рис. 2 представлена схема с расположением заготовки и инструмента до операции и после совершения рабочего хода соответственно.

В качестве заготовки использовался пруток высотой 150 мм и различными диаметрами, равными 25, 30 и 50 мм. Коэффициент трения за счет изменения смазки от 0,1 до 0,5. Скорость перемещения инструмента от 0,01 до 10 мм/с.

В процессе моделирования менялись диаметр заготовки, скорость деформирования и коэффициент трения. В дальнейшем по результатам анализа полученных результатов было установлено влияние данных параметров на величину силы исследуемого процесса.

На рис. 3 - 5 представлены графические зависимости силы высадки от скорости деформирования и коэффициента трения для различных значений диаметра заготовки.

Рис. 1. Диаграмма пластичности сплава АМг4 (а) и ВТ6 (б):

1 -Х = 0,01 1/с; 2 - Х = 1 1/с; 3 - £ = 10 1/с; 4 - £ = 100 1/с;

5 - Х = 200 1/ с

Рис. 2. Схема процесса: 1 - матрица; 2 - пуансон; 3 - заготовка; а - до деформации; б - после деформации

Р.кН

0,1В 0,16 0,14 0,11 0.1 0,08 В,06 0,04 D.02

Р.кН

1

2

V.

ММ! С

40 V. мм/с

а

б

Рис. 3. Зависимость силы высадки от скорости деформирования и коэффициента трения: 1 - m = 0,3; 2 - m = 0,8; а - сплав АМг4;

б - сплав ВТ6 (0заг = 25 мм) 508

Р.кН

2,,

____я»

4 1

Р.кН

ч

\

1

О 10 20 30 40 Л/ м/с 0 10 20 30 ы у ММ / С

а б

Рис. 4. Зависимость силы высадки от скорости деформирования и коэффициента трения: 1 - т = 0,3; 2 - т = 0,8; а - сплав АМг4;

б - сплав ВТ6 (dзаг = 35 мм)

Анализируя представленные графические зависимости, можно сделать выводы о том, что с ростом скорости деформирования наблюдается двукратный рост величины силы деформирования. Рост коэффициента трения с 0,3 до 0,8 ведет к росту силы на 40 %. Увеличение диаметра заготовки с 5 до 50 мм при постоянной величине рабочего хода ползуна пресса ведет к росту силы высадки более чем в четыре раза.

Р.кН Р.кН

2,

"С '

\1

2Х

\ 1

щ V. мм! с 0 ю 20 зо « \г,мм!с

а б

Рис. 5. Зависимость силы высадки от скорости деформирования и коэффициента трения: 1 - т = 0,3; 2 - т = 0,8 ; а - сплав АМг4; б - сплав ВТ6 (dзаг = 50 мм, АМг6)

На рис. 6 представлена графическая зависимость силы высадки от относительной величины хода пуансона для разных значений диаметров заготовки для сплава АМг6.

Р,кН

3 ч

2 ,ч

X!

о 0,25 0,5 о. 5 /' и!

Ч

а б

Рис. 6. Зависимость силы высадки от относительной величины хода пуансона: 1 - dзаг = 25 мм; 2 - dзаг = 35 мм; 3 - dзаг = 50 мм; а - сплав АМг4; б - сплав ВТ6 ( т = 0,3; V = 0,1 мм/с)

509

Из представленных зависимостей видно, что наибольший рост величины силы наблюдается ближе к концу хода. Увеличение диаметра заготовки при постоянном диаметре выдавливаемого стержня с 50 до 75 мм ведет к росту силы в 2 раза при минимальной величине хода инструмента. При величинах рабочего перемещения инструмента, близких к конечным, сила отличается более чем в 7 раз.

Работа выполнена в рамках гранта НШ-2601.2020.8.

Список литературы

1. Чудин В.Н., Пасынков А.А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.

2. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, С.С. Яковлев, Я. А. Соболев. М.: Машиностроение, 2003. 427с.

3. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В. А. Голенков, С.П. Яковлев, С. А. Головин, С.С. Яковлев, В. Д. Кухарь / под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.

4. Черняев А.В., Чудин В.Н., Тесаков Д.М. Последовательно-совмещенная вытяжка заготовки при вязкопластическом деформировании // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2019. № 1 (91). С. 3-7.

5. Кухарь В.Д., Малышев А.Н., Бессмертная Ю.В. Вытяжка низких прямоугольных коробок из профильных заготовок // Черные металлы. 2019. № 1. С. 39-42.

6. Chudin V.N. Hot stamping of conical housings with stepped internal structure // Russian Engineering Research. 2016. V. 36. № 10. P. 797-799.

7. Ларин С.Н., Платонов В.И., Коротков В.А. Проектирование матрицы для вытяжки материалов, обладающих плоскостной анизотропией механических свойств // Цветные металлы. 2018. №7. С. 83-87.

8. Новые ресурсо- и энергосберегающие технологические процессы изготовления деталей методами обработки давлением / А.Э. Артес, Е.Н. Сосенушкин, В.В. Третьюхин, А.А. Окунькова, Т.В. Гуреева // Вестник машиностроения. 2013. №5. С.72-74.

Гурова Ольга Юрьевна, студентка, olya-gurova-2016@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Гололобова Любовь Евгеньевна, магистрант, mpf-tiilaaramhler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

EVALUATION OF THE INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON THE PO WER OF DRAINING OF BARS IN THE CONDITIONS OF ISOTHERMAL

STAMPING

O. Yu. Gurova, L.E. Gololobova 510

A study of the process of planting bar stocks is carried out. It is assumed that the process takes place in isothermal conditions, which is associated with the use of a hard-to-deform alloy as a workpiece material. This process has been simulated for various aspect ratios and technological parameters. The regularities of the influence of their changes on the landing force are established. The study was carried out on the basis of the finite element method.

Key words: bar upset, isothermal deformation, force, pressure treatment, aluminum

alloy.

Gurova Olga Yurievna, student, olya-gurova-20I6@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Gololobova Lyubov Evgenievna, postgraduate, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.983; 539.374

ОЦЕНКА СИЛЫ СОВМЕЩЕННОГО ПРОЦЕССА ВЫДАВЛИВАНИЯ И ОСАДКИ ПРУТКОВОЙ ЗАГОТОВКИ В УСЛОВИЯХ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ

О.Ю. Гурова, Л.Е. Гололобова

На основе метода конечных элементов выполнено моделирование совмещенного процесса обратного выдавливания и осадки прутковой заготовки из высокопрочных титанового и алюминиевого сплавов. Предполагается, что формоизменение осуществляется в режиме изотермической штамповки. По результатам моделирования установлено влияние соотношения геометрических размеров получаемой детали, трения, скорости на силу штамповки.

Ключевые слова: совмещенный процесс, осадка, выдавливание, сила, штамповка, исследование, моделирование.

Изделия с широким фланцем на торцовой поверхности возможно получать различными видами обработки, но с точки зрения экономии материала и сокращения трудозатрат наилучшим является обработка давлением [1 - 3]. Для изготовления таких изделий из титановых и алюминиевых сплавов в основном применяется изотермическая штамповка. В статье рассмотрен процесс, заключающийся в одновременном обратном выдавливании стержня детали и осадки фланцевой части [4 - 7]. Схема процесса представлена на рис. 1. В качестве оборудования выбран гидравлический пресс силой 50МН. Условием окончания расчета является достижения необходимых габаритов изделий и полуфабрикатов. В качестве заготовки использовался пруток высотой 90 мм, и различными диаметрами, равными 50 и 70 мм. Коэффициент трения за счет изменения смазки от 0,1 до 0,5. Скорость перемещения инструмента от 0,01 до 10 мм/с.

511